(一)德布罗意物质波假设1.自然界是对称统一的.ppt

1）. 爱因斯坦第一个坚持能量量子论 1905年提出光量子解释光电效应 1907年解释了热容量量子性质 * 第一章 引言---量子力学基本原理 旧量子论 在经典理论中引入量子假设, 解决各局部领域的问题 量子力学： 从基本属性上解决微观粒子运动规律问题 要点： 物质波波函数及其统计解释 不确定关系 德布罗意公式 薛定谔方程及其应用 (一)德布罗意物质波假设 1.自然界是对称统一的，光与实物粒子应该有 共同的本性。 实物粒子 物质波 光 物理光学 —— 波动说 几何光学 —— 粒子说 “波粒二象性” 传统力学 —— 粒子性 波动力学 —— 波动性 一 物质波假设及其实验验证 2. 描述 德布罗意公式 简洁地把对粒子描述手段 和对波的描述手段 联系到一起 1) 与光子比较 光子： 设光子与电子的德布罗意波长均为λ，试比较其能量和动量大小是否相同 练习 2) 物质波数量级概念 子弹： 地球： 宏观物质λ均太小，难以觉察其波动特性 电子： 两种特例： （2） （1） 例： 可以用晶体对电子的衍射来显示其波动性 检验得布罗意公式的正确性 用德布罗意理论 0 I 1926年 了解德布罗意物质波假设 1927年 有意识寻求电子波实验依据 与德布罗意物质波假设相符 用x光衍射理论 （参见布喇格公式） 2、发现电子 1897年 汤姆孙 J J Thomson （1856-1940） 实验上认定 : 阴极射线是负电荷粒子, 荷质比是氢原子离子的1000多倍 若电荷都为1个单位,则该粒子质量 为氢原子的1/1800,比氢原子小很多. 命名为电子（现在精确值1/1840） 1887 考夫曼，1890 舒斯特都曾得到过类似实验结果, 但由于不相信阴极射线会是由粒子组成的,特别比原子还小很多,不可思议,没有勇气发表得到的结果。 .汤姆孙实验结果 用电子束直接穿过厚10-8m的单/多晶膜，得到电子衍射照片 用电子波衍射测出的晶格常数与用x光衍射测定的相同 戴维孙和汤姆孙共同获得1937年诺贝尔物理奖 3、黑体辐射实验曲线 维恩辐射公式 系统偏离 瑞利-金斯公式 对波长极短的辐射光谱紫外部分辐射能量密度?? 完全违背实验事实经典物理不可避免 “紫外灾难” 普朗克利用内插法将适用于短波的维恩公式和瑞利-金斯公式 衔接起来得到 普朗克公式，与实验结果符合很好。 普朗克从理论上寻找对公式的解释，发现只要假定辐射能不是连续变化，而只取某个单元能量的整数倍跳跃变化，就可做出合理解释。 ? “紫外灾难” 4. 其它实验 *中性微观粒子，具有波粒二象性 1936年 中子束衍射 1929年 斯特恩氢分子衍射 -20 -10 0 10 20 方位角 强度 ?0.1 1961年 电子单缝、双缝、多缝衍射 1986年 证实固体中电子的波动性 *微观粒子的波粒二象性是得到实验证实的科学结论 三.对实物粒子波粒二象性的理解 1.波由粒子组成，波动性是粒子相互作用的次级效应 实验否定 一个个电子通过单缝，长时间积累也出现衍射效应 . . . . . . . . . 历史上有代表性的观点: 2. 粒子由波组成，是不同频率的波叠加而成的“波包” 实验 否定 单个电子不能形成衍射花样 介质中频率不同的波 u 不同，波包应发散，但未见电子“发胖” 不同介质界面波应反射，折射，但未见电子“碎片” 波或粒子 ？ 在经典框架内无法统一 “波和粒子”? 3.玻恩“概率波”说（1954年诺贝尔奖） 条纹明暗分布——屏上光子数分布 强度分布曲线——光子堆积曲线 光—光子流 光的衍射： 通过某缝到达屏上某点 通过哪个缝落到哪一点 不确定! ？ 设想:光强 I下降,光子一个个通过,光子是如何运动的? 光强分布——落点概率分布 光强大： 光子到达概率大 光强弱： 光子到达概率小 暗纹： 光子到达概率为零 起点，终点，轨道均不确定 只能作概率性判断 类比： 与实物粒子相联系的物质波——概率波 物质波的强度决定实物粒子出现在空间各处的概率 . . . . . . . . . 强度大： 电子到达概率大 强度小： 电子到达概率小 暗纹： 电子到达概率为零 4. 微观粒子不同于经典粒子，也不同于经典波 *微观粒子的运动具有不确定性，不遵从经典力方程，只能作概率性描述，其定量表达——海森伯不确定关系 总结：普朗克曾试图3次修改量子论，甚至放弃自己 提出的能量量子概念，力图将其纳入经典物理范畴。 普朗克指责爱因斯坦光量子论 “太极端了” 2）. 玻尔